06/11/2016
In domeniul energiei electrice, una din caile de conservare a resurselor energetice o reprezinta imbunatatirea factorului de putere si gospodarirea judicioasa a energiei reactive in sistemul electroenergetic. Un factor de putere ridicat reduce circulatia de putere reactiva din centralele electrice spre consumatori, micsorand pierderile de energie electrica pana la un nivel minim determinat de consumul tehnologic propriu.
Se obtine astfel o crestere a randamentelor instalatiilor de transport, transformare si distributie a energiei electrice, a sigurantei de functionare si o mai buna utilizare a retelei electrice prin reducerea puterii aparente cu care este incarcata.
Factorul de putere.
Raportul pozitiv dintre puterea activa si puterea aparenta kP=P/S se numeste factor de putere. Factorul de putere este intotdeauna subunitar, intrucat P este mai mic sau egal cu S. In regim sinusoidal, rezulta evident kP=P/S=cosΦ. Pentru o instalatie electrica a unui consumator de putere aparenta data, maximul de putere activa, adica maximum de eficacitate, se obtine la un factor de putere cat mai mare (mai aproape de unitate), un defazaj intre tensiune si curent cat mai mic, deci la un consum de energie reactiva din reteaua de distributie cat mai scazut. Problema imbunatatirii factorului de putere este, de fapt, problema reducerii puterii reactive absorbite de consumator din retea.
In exploatare, factorul de putere se determina ca o valoare medie, pe baza contorizarii consumurilor de energie electrica activa si reactiva intr-un interval de timp specificat.
Factorul de putere stabilit in instalatiile electrice in lipsa surselor specializate de compensare a puterii reactive se numeste natural. Factorul de putere minim pe care trebuie sa-l asigure consumatorul la punctul de delimitare cu reteaua furnizorului pentru a nu plati energia reactiva consumata se numeste neutral; este stabilita la 0,92 pentru joasa tensiune si 0,95 in sistemul de medie/inalta tensiune. Factorul de putere pentru care cheltuielile de investitie si exploatare sunt minime se numeste optim; el este determinat pe baza unui calcul tehnico-economic.
Cauzele scaderii factorului de putere, respectiv a cresterii consumului de putere reactiva. Marea majoritate a sarcinilor electrice consuma nu numai putere activa, ci si putere reactiva; in cazul motoarelor si transformatoarelor, este necesara pentru magnetizare, iar in cazul convertizoarelor statice, pentru control si comutatie.
a) Liniile electrice aeriene sunt consumatoare de putere reactiva datorita inductantei proprii L dar si generatoare de putere reactiva datorita capacitatii lor fata de pamant C. In ansamblu, bilantul puterii reactive poate fi excedentar sau deficitar, in functie de raportul dintre cele doua componente.
b) Motoare electrice. Puterea reactiva absorbita de un motor asincron este determinata in mare parte de puterea reactiva absorbita la mers in gol Q0 , puterea reactiva absorbita de un motor asincron variaza putin cu sarcina. Puterea reactiva la mersul in gol se poate determina in raport cu puterea nominala Pn si numarul de poli.
c) Transformatoare electrice. Un transformator cu puterea aparenta S absoarbe puterea reactiva Q compusa din puterea reactiva de mers in gol Q0 si puterea reactiva asociata tensiunii de scurtcircuit si incarcarii transformatorului.
Implicatiile energetice ale factorului de putere. Un factor de putere redus are o serie de consecinte negative asupra functionarii retelei electrice, printre care:
- cresterea pierderilor de putere activa;
- investitii suplimentare;
- cresterea pierderilor de tensiune in retea;
- reducerea capacitatii instalatiilor energetice.
a) Supradimensionarea instalatiilor de producere, transport si distributie a energiei electrice si, implicit, cresterea valorilor de investitii. Dimensionarea se face pe baza intensitatii curentului electric. Pentru o aceeasi putere activa, o data cu scaderea factorului de putere, respectiv cu cresterea puterii reactive creste curentul, ceea ce duce la majorarea dimensiunilor elementelor instalatiei.
b) Cresterea pierderilor de putere activa. Pierderile de putere variaza direct proportional cu patratul puterii reactive si invers proportional cu patratul factorului de putere.
c) Scaderea capacitatii de incarcare a instalatiilor cu putere activa. Elementele retelei electrice care alimenteaza consumatorul cu o putere activa P1 la un factor de putere cosΦ1 se dimensioneaza pentru producerea, transportul sau/si transformarea puterii aparente S=P1/cosΦ1 imbunatatirea factorului de putere la o valoare cosΦ2 face posibila marirea puterii active ce poate fi consumata cu aceeasi structura a retelei electrice la valoarea P2=S·cosΦ2.
d) Cresterea pierderilor de tensiune in retea. Pe langa scaderea capacitatii de incarcare a retelei, transportul puterii reactive produce pierderi de tensiune suplimentare fata de cele produse de puterea activa, o data cu cresterea valorii puterii reactive Q creste si valoarea pierderilor de tensiune, ceea ce conduce la necesitatea supradimensionarii sectiunii conductoarelor retelei.
Compensarea puterii reactive
Imbunatatirea factorului de putere se realizeaza prin:
- metode tehnico-organizatorice (metode/mijloace naturale) care constau in aplicarea unor masuri de rationalizare a exploatarii, cu cheltuieli reduse si fara prevederea unor instalatii suplimentare;
- metode de compensare a consumului de putere reactiva prin utilizarea unor surse specializate de putere reactiva.
Mijloace naturale de reducere a consumului de putere reactiva. Sursa principala a consumului de putere reactiva este in utilizarea motoarelor asincrone si a transformatoarelor in regim de incarcare redusa.
a) Motoare electrice. Reducerea consumului de putere reactiva se obtine prin:
- inlocuirea motoarelor subincarcate cu motoare de putere mai mica, incarcate cat mai aproape de sarcina nominala;
- functionarea cu infasurarile statorului in conexiunea stea in perioadele de sarcina redusa sub 1/3 din sarcina nominala, revenind la conexiunea normala triunghi in perioadele de sarcina nominala;
- intreruperea functionarii motorului pentru durate de mers in gol mai mari de 10 s (metoda se recomanda si la transformatoarele de sudura); - folosirea motoarelor sincrone la puteri peste 100 kW, daca nu este necesara reglarea turatiei. Aplicarea uneia sau alteia dintre metodele naturale este justificata pe baza unui calcul tehnico-economic.
b) Transformatoare electrice. Reducerea consumului de putere reactiva se obtine prin:
-inlocuirea unui transformator subincarcat cu altul de putere mai mica (problema inlocuirii se pune la incarcari sub 50% din puterea nominala mai mult de 1500 h/an);
- functionarea transformatoarelor conectate in paralel in reteaua de distributie a unui consumator d**a un grafic de pierderi minime.
Surse specializate de putere reactiva. Instalarea surselor specializate de putere reactiva -baterii de condensatoare, compensatoare sincrone - in scopul ridicarii factorului de putere pana la valoarea ceruta - neutrala sau optima - se ia in considerare d**a ce au fost epuizate mijloacele naturale de reducere a consumului de putere reactiva. in reteaua de distributie a consumatorului se utilizeaza condensatoarele; compensatoarele sincrone (la puteri mai mari de 20 MVAr) sunt recomandate in reteaua de transport de inalta tensiune sau in unitatile de producere a energiei electrice.
